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精彩回顾 | 培育钻石的昨天、今天与明天

发布时间:2022-06-02

        2022年5月18、19日,广州钻石交易中心(简称广钻中心)主办的第一届(2022年)中国国际培育钻石产业发展与创新大会(简称大会)盛大举行。
 
        GIA钻石鉴定部高级经理Sally Magana博士,以视频连线方式参加大会,发表题为《培育钻石行业的昨天、今天与明天》的主题演讲,对GIA过去几年观察到的实验室培育钻石趋势进行总结,阐述当下高温高压法(简称HPHT法,本文中HPHT指高温高压工艺)和化学气相沉积法(简称CVD法,本文中CVD指化学气相沉积工艺)培育钻石产品的发展现状,并对未来做出展望。

 
 
本文对Sally Magana博士演讲的精华内容进行整理,以飨读者。
 
注:本文数据均以GIA实验室收到的培育钻石样品为基础进行分析。
 
GIA记录的化学气相沉积法培育钻石克拉重量发展里程碑

 
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        从2003年直到2010年左右,CVD法培育钻石的产品仍然非常小,而且呈棕色。在这之后,克拉重量开始不断增长。
 
GIA实验室收到的培育钻石两种生长方法的比重趋势

 
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        自2007年GIA开始提供合成钻石报告以来,在最初的几年里,绝大多数的培育钻石都是通过HPHT法培育的。在此后的几年里,CVD法培育钻石的数量开始稳步增长。到2016年左右,大部分提交到GIA 的样品都是CVD法培育钻石。现在,GIA在一天之内看到的CVD法培育钻石的数量,就和以前一整年里看到的同样多。
 
 
GIA收到的高温高压法培育钻石的颜色比重趋势

 
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        自2007年以来,GIA看到的HPHT法培育钻石主要是黄橙色的。氮是造成黄橙色的主要原因,随着培育方法的改进,生产商逐渐能够从生长中的培育钻石中去除氮。近年来,客户提交的HPHT法培育钻石样品,逐渐从黄橙色变成了蓝色,而大多数是无色的。
 
 


GIA收到的化学气相沉积法培育钻石的颜色比重趋势

 
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        早年的样品数量没有太多,所以数据被合并了。多年来,大多数CVD法培育钻石都是接近无色,颜色级别属G-N级,极少有无色范围的CVD法培育钻石。但是到了2020年,无色CVD法培育钻石的比例急剧增加。
此外,在2010年代中期,有相当比例的CVD法培育钻石带有灰色调。后面可以看到,造成灰色的技术问题已经基本解决,此类样品没有再被提交。
 
GIA收到的高温高压法培育钻石克拉重量比重趋势

 
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        如今大部分HPHT法培育钻石都大于1克拉,但其实是从过去两年开始,HPHT法培育钻石重量才发生了重大变化。
 


GIA收到的化学气相沉积法培育钻石克拉重量比重趋势

 
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        CVD法培育钻石的重量发展有更戏剧性的转变。在这些年里,CVD法培育钻石的克拉重量是稳步增加到越来越大的。在2000年代,绝大多数的CVD法培育钻石都小于0.5克拉,现在几乎所有的CVD法培育钻石都大于1克拉。
 
GIA收到的经高温高压处理的化学气相沉积法培育钻石比重趋势

 
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        与褐色的天然钻石一样,CVD法培育钻石也可以通过高温高压处理来减少褐色,这是十分常见的做法。CVD法生产商也知道生长更快会导致产品呈现褐色,不过这个问题后面可以通过高温高压处理来改善。
        上图右侧的图表显示了GIA收到的CVD法培育钻石样品中,原生(未处理)培育钻石样品与经过后处理的培育钻石样品的比例。随着培育钻石颜色加深,原生(未处理)培育钻石的比例也越来越高。在过去的一年左右,GIA看到许多颜色等级是D-F级的CVD法培育钻石是原生(未处理)的,这可能是由于一些厂商改进了制造工艺。总的来说,在GIA看到的CVD法培育钻石中,经过培育后处理的比例约为80%,所以市面上经过培育后处理的CVD培育钻石占了很大比例。 
        需要说明的是,有一小部分CVD法培育钻石无法确定其培育后处理的状况。这类培育钻石不包括在上图中。

培育米粒钻的鉴定挑战

 
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        有很多用HPHT培育钻石的米粒钻在市面流通,因为制造过程十分简单,每年有数吨的产量,其中约99%是在中国生产的。与HPHT法培育的米粒钻相比,CVD法培育的米粒钻总量更少且更有限,这些培育米粒钻可能是大块CVD法培育钻石的副产品,但使用特定的CVD法技术也可以生产这个重量范围的产品。
 
        培育米粒钻存在一些显而易见的挑战。由于体积小,很难看清培育钻石的内部。因此即使它们是裸石,它们的细小尺寸使得很难以在显微镜下进行观察。用上很多分析实验仪器也很难收集到有意义的光谱。假如把一颗米粒钻放在一个傅立叶变换红外光谱仪中,由于米粒钻的尺寸太小,也无法取得足够的数据来获得诊断性光谱。
 
        分析一颗米粒钻的时间至少比分析一颗0.5克拉钻石样品的时间长2-3倍。因此这些经济价值更低的米粒钻,使用普通技术却要花更长时间来识别清楚。
 
 
培育钻石的颜色处理

 
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实验室培育钻石经过改色处理,可以将彩虹般的各种颜色呈现出来。
  • 含有氮杂质的CVD法培育钻石可以通过高温高压退火,从棕黄色转变为黄色。

  • HPHT法和CVD法培育钻石可以通过辐照生成蓝色-绿色。

  • 这些培育钻石也可以经过一系列的处理,形成氮空缺中心,从而使培育钻石呈现粉红色。

 
 
 
 
培育钻石的鉴定

 
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        GIA既利用宝石学分析,也使用光谱和其他先进测试方法来进行鉴定。其中一个方法是培育钻石的光致发光反应。
        通过光致发光图,可以更深入地了解生产商所采用的不同的培育方法和工艺。上图展示了两个例子,一颗CVD法培育钻石和一颗法HPHT培育钻石,它们都在737nm处显示硅空缺峰值,这种缺陷在这两颗培育钻石中以非常不同的空间配置存在。例如,CVD法培育钻石出现了两个明显的生长中断,这通常发生在生产商停止和重启培育实验的时候。在HPHT法培育钻石中,硅被限制在111生长区。
        要顺利识别实验室培育钻石,需要很好地了解CVD法、HPHT法和天然钻石,并清楚它们的相似性和差异性。通过结合自动化和宝石学分析,正确的鉴定可以准确高效地进行。
 
        关于培育钻石行业的发来,GIA预计目前的一些趋势将延续下去,包括更大的尺寸、更多的数量和更多的颜色种类
 
培育钻石行业的未来发展——更大克拉重量

 
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        最近,已经出现了几个非常大的且用HPHT方法培育的培育钻石晶体,这些晶体已经超过100克拉。目前的记录保持者是一颗150克拉的HPHT法培育钻石晶体。这颗IIb型培育钻石具有良好的晶体质量,并已申报吉尼斯世界纪录。

 
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        这颗HPHT法培育钻石是在2019年4月提交给GIA的,据GIA所知,这是最大的刻面实验室培育钻石。它的重量为20.23克拉,颜色为艳彩黄橙色。与许多Ib型HPHT培育钻石一样,确实观察到了一些颜色分区,例如在显微照片中显示的情况。

 
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        这颗培育钻石是由New Diamond Technology公司于2016年在俄罗斯的圣彼得堡培育出来的。据GIA所知,这颗培育钻石仍然是无色到接近无色范围内最大的HPHT法培育钻石。从正面图中可以看到,它有些肉眼可见的包裹体,净度等级为I1

 
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        今年初,GIA检测了由上海征世科技生产的一颗16.41克拉的CVD法培育钻石,这是目前已知最大的一颗CVD法培育钻石。宝石学分析表明,这颗CVD培育钻石没有经过后处理。它颜色等级是G,净度是VVS2。

 
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培育钻石行业的未来发展——更大产量
 
 
        在过去的几年里,GIA收到的实验室培育钻石的数量急剧增加。尽管GIA收到的样品数量增加是由各种原因造成的,但这无疑表明,在过去几年里,实验室培育钻石的数量大幅增加。
 
 
培育钻石行业的未来发展——更多样性的色彩

 
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        2017年夏天,GIA收到了第一例由客户提交的在天然钻石上以CVD方法再生长培育钻石的例子。宝石学检查清楚而确凿地显示了这一样品的颜色来源。 尽管GIA看到的这样的例子不多,但这种混合再生钻石有可能在未来变得更加普遍。
 
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        在HPHT培育钻石中加入大量的镍,可以创造出一种全新的绿色,在外观上相当明显,不同于实验室培育的在后通过辐照形成的绿色。通过掺入大量的镍,在可见光谱红色部分创造了一个吸收带,中心波长约为685nm,从而在绿色中形成一个传输窗口。
        目前为止,GIA只看到少数深绿色的培育钻石,但有相当多的培育钻石由于含有大量的镍而呈现微绿到淡彩绿色
        一些天然钻石由于镍杂质而呈现出绿色,不过天然钻石通常比这些实验室培育钻石的镍浓度低得多,而且它们往往具有与氮有关的缺陷,从而产生了绿黄色
 
        未来几年可能会有其他合成钻石的方法被开发出来,其中一种可能性是培育纳米多晶钻石(NPD)
 
培育钻石行业的未来发展——更多培育方式

 
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        这是一颗透明的深棕黄色培育钻石,重量为0.88克拉,是用压机在15GPa和2300-2500℃的温度下将石墨转化为培育钻石,而HPHT法培育钻石通常是在约5GPa和约1300-1500℃的温度下生成。这些培育钻石还具有独特的属性,足以让宝石实验室通过仔细的测试将其与天然钻石和其他实验室培育钻石区分开来。 
 
培育钻石行业的未来发展——鉴别难度增加

 
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        CVD法培育钻石硅含量非常高,这点通过光致发光光谱分析会发现。硅的加入往往是由于含硅成分的意外掺入,例如反应炉中的石英窗。然而近年来,GIA在部分CVD法培育钻石中没有检测到这种特征。
        CVD法培育钻石在深紫外光的激发下,例如DiamondView仪器,其荧光是相当独特和可识别的。然而最近GIA看到了一些CVD法培育钻石的例子,没有那些可以立即识别出来的特征,而是与经常看到的天然钻石的荧光非常相似。
 
        展望未来,钻石行业对实验室培育钻石的看法可能会发生变化。例如,贸易界对培育钻石的后处理的重视程度在未来可能会降低。
 
        尽管在过去的几十年里,实验室培育钻石发展迅速,未来无疑也将继续发展,但GIA相信,
        所有经过GIA检验的培育钻石都得到了全面的鉴定,并将继续如此。
 
 
        GIA多年来,检测了不少培育钻石并刊登相关研究报告,关注GIA微信公众号,了解更多实验室培育钻石新信息。

 

 

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